3480

Физика среды и ограждающих конструкций, Строительная теплофизика

Контрольная

Физика

Физика среды и ограждающих конструкций. Среда и ее воздействие на объекты строительства. Воздушная среда и ее параметры. Водная среда и ее параметры. Климатические факторы. Влияние среды на долговечность строительных конструкций...

Русский

2015-01-16

206 KB

105 чел.

Физика среды и ограждающих конструкций

1. Среда и ее воздействие на объекты строительства

1.1. Воздушная среда и ее параметры.

1.2. Водная среда и ее параметры.

1.3. Климатические факторы.

1.4. Влияние среды на долговечность строительных конструкций.

2. Строительная теплофизика

2.1. Здание как единая энергетическая система.

2.2. Основы теплопередачи.

2.3. Сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций.

2.4. Теплопередача в нестационарных условиях и теплоустойчивость ограждающих конструкций.

3. Влажностный режим ограждающих конструкций

3.1. Вода и ее свойства.

3.2. Передвижение влаги и воздуха в строительных конструкциях.

3.3. Регулирование влажностного режима ограждающих конструкций.

4. Строительная акустика

4.1. Основные понятия.

4.2. Звукоизоляция ограждающих конструкций.

4.3. Архитектурно-планировочные методы борьбы с шумом.

4.4. Акустика помещений.

5. Освещение помещений

5.1. Естественное освещение.

5.2. Совмещенное освещение помещений.

5.3. Инсоляция и солнцезащита.  


ВВЕДЕНИЕ

Комфорт  помещений  определяется  самочувствием  человека.  Факторы, влияющие на комфорт помещения:

  •  тепловой режим;
  •  влажностный режим;
  •  воздушный режим (чистота воздуха и воздухопроницаемость конструкций);
  •  шумовой режим;
  •  световой режим;
  •  инсоляция.

Это наиболее общие факторы, определяющие комфорт во всех зданиях. В зрелищных зданиях к ним добавляются акустика помещений, обеспечивающая красоту звучания и разборчивость речи, а также видимость и зрительное восприятие. Во всех типах зданий к перечисленным факторам можно добавить факторы психофизического комфорта, такие как связь с внешней средой или защищенность от внешних влияний, пожарная безопасность, безопасная эвакуация людей из зданий и комфортное движение людских потоков.

Кроме этих факторов существует ряд недостаточно изученных факторов, действующих в течение длительного времени, таких как геопатогенные зоны Земли, действие сверхмалых доз радиоактивного излучения строительных материалов, электромагнитное излучение бытовых приборов, влияния радона и др. Некоторые из них, такие как влияние радона, уже внесены в Нормы. Другие еще нуждаются в дополнительных исследованиях, но принимать их во внимание необходимо.

Такие разделы курса «Физика среды и ограждающих конструкций», как «Свет и цвет в архитектуре», «Искусственное освещение интерьеров зданий и городов», относятся к специальным вопросам архитектурного проектирования и рассматриваются отдельно, в рамках специального курса для инженеров-архитекторов.

КЛИМАТ И АРХИТЕКТУРА

1. СТРОИТЕЛЬНАЯ КЛИМАТОЛОГИЯ

1.1. Климат

Климатология (от климат и логия) — наука, изучающая вопросы климатообразования, описания и классификации климатов земного шара, антропогенные влияния на климат. Ранее, будучи подразделом метеорологии, относилась к географическим наукам, т.к. изучение климата сводилось к рассмотрению его с географической точки зрения. Сейчас климатология представляет собой мультидисциплинарную науку - самостоятельный раздел наук об атмосфере.

Содержанием климатологии является фактический материал о типах климата на земном шаре, полученный из статистической обработки многолетних метеорологических наблюдений. Учение о происхождении климата, его обусловленности опирается, прежде всего,  на представления о тепловом и водном балансе земной поверхности, процессах общей циркуляции атмосферы и водной среды. Большое практическое значение климатологии явилось причиной возникновения ряда прикладных климатологических дисциплин, пограничных с др. науками. Сюда в частности относится строительная климатология — учение о влиянии климата на характер строительных конструкций. От климата зависят нагрузки на сооружения (ветровая, снеговая, давление льда), долговечность конструкций (обусловленная, главным образом, разрушающим воздействием капиллярной воды при замерзании, сменой температур и солнечным облучением).

Начальные представления о климате и его закономерностях сложились ещё в Древней Греции, где климат считали зависимым  от угла наклона солнечных лучей к поверхности Земли (рис. 1.1), поэтому в переводе с древнегреческого климат означает наклон.

Рис. 1.1. Схема падения солнечных лучей на поверхность Земли:

Z0угол отклонения от зенита, град.; Н0 - угловая высота Солнца, град

Предполагалось, что чем меньше угол Zo, тем выше температура поверхности Земли. Поэтому климат делился по широте земли на холодный, умеренный и жаркий.

Однако при одной и той же широте характер климата может значительно различаться. Примерами могут служить: Лондон, Оренбург , Новосибирск и лругие (табл. 1),

Таблица 1

Различие климатических условий городов, расположенных на одной широте

Город

Лондон

Оренбург

Новосибирск

Северная широта

51° 30′ 26″

51° 46′ 00″

55° 02′  00″

Среднегодовая температура, °С

10,9

5,3

1,8

Среднемесячная температура июля, °С

23,0

29,0

25,0

Среднемесячная температура января, °С

2,0

-15,5

-19,6

Максимальная температура, °С

37,9

41,6

37,0

Минимальная температура, °С

-9,6

-43,2

-51,1

Климат в Лондоне  отличается мягкостью и умеренностью в течение всего года. Летом здесь тепло, но редко бывает жарко. Зимой прохладно, но не морозно. Городской массив создает собственный микроклимат. Мягкость климатических условий связана с наличием тёплого Северо-Атлантического течения, омывающего западное побережье Европы. Ветры, дующие с Атлантического океана, летом приносят прохладу, а зимой — тепло.

Новосибирск находится в континентальной климатической зоне; среднегодовая температура воздуха +1,8 °C. Для города характерны большие колебания среднемесячных (38 °C) и абсолютных (88 °C) температур воздуха.

В 17 и 18 вв. появляются первые описания климатов на базе инструментальных метеорологических наблюдений. Э. Галлей1 в Великобритании и М. В. Ломоносов в России высказывают первые соображения о влиянии атмосферной циркуляции на климат. В начале 19 века немецкий естествоиспытатель А. Гумбольдт2 положил начало систематическому описанию и объяснению климатов Земли и построил первые климатические карты. Во 2-й половине 19 в. климатологические исследования стали планомерными и с особым успехом развивались в России, где были сосредоточены в открытой в 1849 Главной физической обсерватории под руководством Г. И. Вильда. В это же время А. И. Воейков выполнил ряд исследований, в которых стремился обосновать как географические закономерности, так и геофизическую природу климата. Среди учёных, последователей Воейкова — А. А. Каминский (исследования по ветровому режиму и влагообороту), Л. С. Берг  (работы в области палеоклиматологии и биоклиматологии, а также по классификации климатов Земли, основанной на выделении климатических зон), В. Ю. Визе и др. Ряд важных климатологических закономерностей был установлен и за рубежом. Климатолог В. Кеппен разработал в 1900—20 широко распространённую до сих пор классификацию климатов земного шара, основанную на выделении климатических зон по соотношению годичных режимов приземной температуры воздуха и осадков, а также заложил основы исследований связи климата с солнечной активностью. Австрийских климатолог Ю. Ханн в конце 19 в. составил трёхтомную монографию "Руководство по климатологии" (т. 1 опубликован в 1883) и провёл большое количество региональных исследований.

Приток солнечной радиации является одним из важнейших факторов, определяющих климат на поверхности Земли. Однако тепло на поверхность может поступать не только от Солнца, но и переноситься из различных районов Земли путем циркуляции воздуха. В холодное время года воздушными течениями тепло переносится с поверхности морей и океанов, так как вода медленно нагревается, но и сохраняет тепло дольше, чем суша. По этой причине осень на побережье теплее, чем на материке, а весна - холоднее.

На климат влияют:

1) теплые и холодные течения в морях и океанах (например, Гольфстрим смягчает климат Европы и даже Западной Сибири);

2) процессы испарения и конденсации влаги (облака, снижение интенсивности солнечной радиации, охлаждение воздуха при испарении);

3) горы и крупный рельеф местности (создают особый горный климата, который зависит от:

- высоты над уровнем моря,

- ориентации склонов по сторонам света и по отношению к потокам воздуха, несущим  влагу. Многие горные хребты являются климатическими границами. Например, Кавказский хребет преграждает зимой путь холодным ветрам с севера и востока и препятствует оттоку теплого воздуха, нагретого морем;

- наличия ледников);

4) озера, реки, моря (из-за высокой тепловой инерции); в
Арктике и Антарктике, несмотря на большое количество приходящего от
Солнца тепла, температура редко бывает положительна, так как большая
часть солнечной радиации или отражается, или затрачивается на таяние
льда и снега.

1.2. Методы строительной климатологии

1. Метеорологические наблюдения.

1.1. Метеорологические станции осуществляют регулярные записи температуры, влажности, скорости и направления ветра, количества осадков.

1.2. Актинометрические станции кроме перечисленных наблюдений проводят запись суммарной и рассеянной солнечной радиации, ведут статистику облачности.

1.3. Геофизические станции проводят сейсмологические и метеорологические наблюдения.

1.4. Станции наблюдения за световым климатом ведут статистику уровней освещенности горизонтальной поверхности под открытым небом.

2. Расчетные методы, учитывающие локальные наблюдения и распространяющие их на требуемые территории. Например, светоклиматические наблюдения (записи освещенности, солнечной радиации, облачности). Были определены световые эквиваленты солнечной радиации и сделаны расчеты статистического хода освещенности для определенных пунктов.

3. Статистические методы, позволяющие определять закономерности по имеющимся данным.

1.3. Климатические факторы, влияющие на проектирование и строительство зданий

  1.  Температура наружного воздуха.
  2.  Влажность наружного воздуха.
  3.  Ветер, его направление и скорость.
  4.  Солнечная радиация на различно ориентированных поверхностях для различных широт.
  5.  Дневной и годовой ход естественной освещенности (диффузной и суммарной), яркость ясного неба и статистическая яркость неба.
  6.  Облачность, вероятность пасмурного, полуясного и ясного неба.
  7.  Статистика дождевых и снеговых осадков, снеговые нагрузки, вероятность и объем снегопереноса.
  8.  Глубина промерзания грунтов.

1.4. Климат России и его влияние на архитектуру зданий

Для основных городов России среднестатистические значения температуры, влажности воздуха направления и скорости ветра представлены в СНиП 23-01-99 «Строительная климатология». Условно в зависимости от средней температуры в течение дня погоду подразделяют на:

- очень холодную  (t < -12 ° С; требуется отопление гражданских зданий).

- холодную  (t < 8 ° С; требуется отопление гражданских зданий).

- прохладную (t=8...15 °С);

- теплую (t=16...28 °С);

- жаркую (t>28 °С; требуется искусственное охлаждение воздуха);

- очень жаркую (t>32 °С; требуется искусственное охлаждение воздуха).

Продолжительность характерных видов погоды в течение года определяет основные черты климата местности.

Так, например, в городе Сочи в течение четырех месяцев в году (с июня по сентябрь) стоит жаркая погода и необходимо ограничение перегрева помещений с помощью солнцезащитных устройств и искусственного охлаждения воздуха. В остальные месяцы – погода теплая и практически не требуется постоянного отопления, а только в случаях непредвиденного понижения температуры воздуха.

Тип здания должен устанавливаться с учетом защиты помещений от перегрева в жаркий период года. Целесообразны открытые помещения, озеленение и обводнение вокруг зданий. Необходимы солнцезащита и искусственное охлаждение. Ориентация продольных фасадов должна быть широтной (С-Ю) с расположением в северной части обслуживающих и коммуникационных помещений, лестниц, кухонь и т.п., а в южной части - большей части жилых комнат.

Климат в г. Якутске резко континентальный. В течение 7 месяцев в году требуется отопление, причем в течение трех месяцев погода очень холодная, неблагоприятно воздействующая на человека. В течение трех месяцев в году погода очень жаркая, требующая ограничения перегрева и искусственного охлаждения. Все это необходимо учитывать при проектировании, применять двойные тамбуры, закрытые переходы между домами и другие специальные мероприятия.

Схематическая карта климатического районирования для строительства приведена. Согласно этой карте, территория России разделена на IV пояса с подрайонами. По этой карте и таблицам в СНиП «Строительная климатология» выявляются сезоны года, определяющие тип зданий в данной местности.

1 Э́дмунд (Э́дмонд) Галле́й (1656-1742) — английский астроном, геофизик, математик, метеоролог, физик и демограф. 

2 Фридрих Вильгельм Генрих Алекса́ндр Фрайгерр фон Гу́мбольдт (1769-1859) – немецкий ученый, физик, метеоролог, географ, ботаник, зоолог и путешественник, младший брат учёного Вильгельма фон Гумбольдта. 


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

45283. Каналы сигнализации и трафика в системе GSM (состав принципы использования) 88.5 KB
  Каналы сигнализации и трафика в системе GSM состав принципы использования. Очевидно что использование радиоканалов в мобильной сети GSM отличается от их применения в стационарной сети. Принцип использования каналов в системе GSM показан на рис. В стационарной сети абонентские линии абонентские каналы трафика закреплены за телефонным аппаратом.
45284. Коммутация в GSM (пример обслуживания вызова от абонента ТфОП к абоненту мобильной сети) 88 KB
  Обслуживание вызова от абонента стационарной сети к абоненту мобильной сети GSM В рассматриваемом примере порядок действий следующий: Входящий вызов поступает от стационарной сети ТфОП на вход шлюза MSC GMSC Gtewy MSC. Он передается назад в HLR GMSC. Затем соединение переключается к соответствующему MSC. MSC вырабатывает запрос VLR.
45285. Частотный план сетей UMTS/LTE и его развитие в LTE Advanced. Архитектура сети LTE. Назначение подсистем и узлов. Отличия от сети UMTS. Протоколы интерфейса S1 сети LTE 977 KB
  Для внедрения решений ВКР-07 по системам мобильной связи семейства IMT (LTE) рабочие группы Партнерского проекта 3GPP и ETSI определили в технических спецификациях 17 полос радиочастот для режима FDD и 8 полос для режима TDD (табл. 2.7) 124]. Кроме того, эти диапазоны также входят в число диапазонов, определенных в рекомендациях МСЭ для развития сетей мобильного беспроводного доступа третьего и четвертого поколени2
45286. Эталонная архитектура базовой сети LTE. Функции базовой сети SAE. Взаимодействие сети LTE с другими сетями. Физические, транспортные и логические, каналы сети E-UTRAN вниз и вверх 12.45 MB
  Эталонная архитектура базовой сети LTE. Функции базовой сети SE. Взаимодействие сети LTE с другими сетями. Физические транспортные и логические каналы сети EUTRN вниз и вверх.
45287. Эволюция стандартов и технологий мобильной связи. Концепции технологии 4G и IMS 737.5 KB
  Технология кодового разделения каналов CDM благодаря высокой спектральной эффективности является радикальным решением дальнейшей эволюции сотовых систем связи.51 Эволюция технологий мобильной связи WCDM считается стандартом 3G в эволюционном развития GSM систем. GSM системы поддерживают скорость передачи данных не более 96 кбит с это позволяет предоставлять пользователям услуги голосовой связи и SMS.
45288. Системы мобильной связи стандарта 802.16e. Назначение, характеристики, реалии внедрения. Механизмы безопасности WiMAX 317.9 KB
  Механизмы безопасности WiMX. Мифы: цена оборудования 150200; скорость до 70 Мбит с на полосе 20 МГц; на расстоянии 510 км до 50 км; неограниченное число клиентов; клиентское оборудование будет работать с любым оборудованием WiMX. скорость PreWiMX до 48 Мбит с. Характеристики Мобильный WiMX – система б пров.
45289. Три этапа планирования сетей связи. Отличия в планировании сетей GSM, WCDMA и LTE 31.83 KB
  Алгоритм частотнотерриториального планирования сети радиосвязи. Первый этап планирования заключается в подготовке электронной карты местности ЭКЧ содержащей данные описывающие рельеф местности застройку территории лесные и водные массивы и в получении надежных данных в отношении: высоты местности морфоструктруры землепользование распределения населения транспортных потоков и других факторов влияющих на плотность трафика прогноза числа абонентов требований к рабочим характеристикам для обеспечения соответствующего качества...
45290. Концепция системы показателей качества услуг сетей мобильной связи (СМС). Международная стандартизация требований к качеству услуг. Государственная система стандартизации и контроля качества в РФ 222.5 KB
  Концепция системы показателей качества услуг сетей мобильной связи СМС. Конкуренция между операторами связи на национальных и международных телекоммуникационных рынках выдвигает проблему качества услуг связи на одно аз первых мест и следовательно появляется необходимость стандартизировать требования к качеству и методам его измерения. Стандартизация систем управления качеством услуг связи необходима для контроля над качеством технологических процессов их предоставления и согласования возможностей сетей общего пользования принадлежащих...
45291. Критерии и технические показатели, применяемые в международной стандартизации качества. Критерии, параметры, индикаторы, технические и организационные показатели качества работы СМС в системе стандартизации «Связь-качество» 283.27 KB
  Критерии и технические показатели применяемые в международной стандартизации качества. Критерии параметры индикаторы технические и организационные показатели качества работы СМС в системе стандартизации Связькачество. При выборе совокупности показателей качества следует иметь в виду что выбранные услуги важны для конечного пользователя и широко применяюсь большинством сетевых операторов. Отсюда следует что показатели качества должны: оказывать основное влияние на удовлетворение потребностей абонентов в области услуг связи;...